廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段有效储层成因机制

葸克来，操应长，周 磊，赵贤正，金凤鸣，杨春宇，苏 芮，董雄英

1.中国石油大学（华东）地球科学与技术学院，山东 青岛 266580

2.中国石油华北油田公司，河北 任丘 062552

3.中国石油大庆油田有限公司，黑龙江 大庆 163453

0 引言

随着油气勘探程度的不断提高和勘探深度的不断下潜，廊固凹陷已经全面进入了中深层地层、岩性等隐蔽油气藏勘探阶段。整个冀中坳陷中深层隐蔽油气藏探明储量仅占探明总储量的22.17%，与国内外高成熟区最终储量中构造油藏和地层、岩性等隐蔽油藏储量之比（3∶5）相差甚远，从这个意义上讲，廊固凹陷古近系中深层还有相当大的勘探潜力［1－3］。勘探实践表明，储层的有效性是决定中深层油气是否能够成藏的主控因素。例如：务28井在3 534～3 541m储层物性好，试油获5.1t/d，为油层；而务27井在相同层位储层物性差，试油为干层。但是，中深层储层形成和发育过程中，经历了沉积作用、地层压力及成岩作用等多种因素的综合影响，导致储层物性演化过程复杂，因而有效储层的形成机制和分布规律也极其复杂［4－11］。目前对有效储层形成机制及分布规律认识不清，是造成中深层油气勘探难度大、成功率低的直接原因。笔者在有效储层物性下限研究的基础上，分析廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段有效储层控制因素，总结有效储层的形成机制，对预测有效储层分布规律、指导油气勘探具有重要意义。

1 区域地质概况

廊固凹陷在地理位置上位于北京市和天津市之间，地跨河北省的廊坊、固安、永清三市、县；在构造位置上，北与大厂凹陷相接，西靠大兴凸起，南界为牛驼镇凸起，东邻武清凹陷，是冀中坳陷北部一个北东走向的古近系北断南超、西断东超的箕状断陷。河西务构造带位于廊固凹陷东部，是廊固凹陷重要的二级构造带之一，面积约410km2。工区主要受北东向断裂控制，东起河西务断层、西至杨税务断层，南起牛坨镇凸起、北至铜柏镇断层，整体具有东抬西倾、南高北低的构造特征［12－13］。河西务构造带沙四上亚段储层是廊固凹陷主要的油气聚集带，大部分剩余资源量主要赋存在自生自储的地层、岩性等隐蔽油气藏中，具有良好的勘探潜力［1－2］。

沙四上亚段沉积时期，湖盆持续裂陷，廊固凹陷与西部武清凹陷尚未分离，大兴断层是主要的控盆断层，河西务断层处于雏形。该时期来自东部沧县隆起的沉积物在河西务构造带形成辫状河三角洲沉积（图1），沉积主体为辫状河三角洲前缘部分，分支河道、席状砂及分流间湾等沉积微相较为发育。分支河道沉积以含砾砂岩和砂岩为主，河道底部粒度粗、可见冲刷面构造；向上粒度变细，过渡为砂岩、粉砂岩，呈明显的正粒序特征，发育有韵律层理、平行层理及交错层理等，其粒度概率曲线表现为一跳一悬的两段式特征（3 435.17、3 436.90、3 683.24、3 686.78m）；席状砂沉积砂体厚度薄，粒度细，以粉砂岩为主，发育有沙纹交错层理、平行纹层等，粒度概率曲线呈两跳一悬的三段式特征（3 681.40m）；分流间湾主要沉积泥岩、粉砂质泥岩及少量含泥粉砂岩，可见水平层理等沉积构造（图1）。

2 储层基本特征

2.1 储层岩石学特征

根据研究区岩心观察和薄片鉴定结果，廊古凹陷河西务构造带沙四上亚段储层以岩屑质长石砂岩为主，含少量长石质岩屑砂岩（图2），岩石成分成熟度中等，颗粒中石英平均质量分数为51.5%，长石平均质量分数为37.2%，岩屑平均质量分数为11.3%；储层杂基含量低，分选好，分选系数平均为1.98，磨圆次棱角状—次圆状；碎屑颗粒间以线接触为主，可见凹凸接触，胶结方式主要为孔隙式胶结。

2.2 储层成岩作用特征

廊固凹陷沙四上亚段储层经历了酸碱交替的多重成岩环境演化，成岩作用改造过程复杂，主要的成岩作用类型包括压实作用、胶结作用、溶解作用及交代作用等（图3）。

2.2.1 压实作用

整体而言，沙四上亚段储层埋深较大，压实作用较强，碎屑颗粒间以线接触为主，并常见云母等塑性颗粒的挠曲变形以及长石等脆性颗粒压实破碎等现象（图3a）。同时，石英颗粒间发生压溶作用，成为石英次生加大发生的主要物质来源之一。压实作用贯穿于成岩作用的始终，为主要的破坏性成岩作用之一［14］。根据砂岩原始孔隙度Φ原始＝20.91＋22.90/So［15］（So代表特拉斯分选系数）及压实减孔量Φ压实＝Φ原始－Φ胶结－Φ现今＋Φ溶蚀定量计算，研究区压实作用造成原生孔隙的减少量约占储层原始孔隙度的29.3%～68.6%，平均为52.1%。

2.2.2 胶结作用

沙四上亚段储层胶结作用普遍，胶结物类型多样，以碳酸盐胶结作用为主，局部硅质胶结作用与硬石膏胶结作用较发育，还可见少量的黄铁矿及高岭石等胶结。其中，碳酸盐胶结物主要以白云石、铁方解石及铁白云石为主（图3b），石英次生加大可见两期（图3c）。利用蔡司Axioscope A1APOL数字透反偏光显微镜和Axio Vision Software Rel图像分析软件，对10口井45块薄片定量统计可知，以务101井为例（图1），北部区块与南部区块胶结物类型及含量存在较大差异：北部区块胶结物含量高，以碳酸盐胶结作用为主，平均相对质量分数高达83.6%；南部区块胶结物含量较低，以石英次生加大为主，少量的硬石膏胶结，石英加大边平均相对质量分数为57.9%（图4）。

2.2.3 溶解作用

铸体薄片观察表明，沙四上亚段储层溶解作用较弱，主要以长石颗粒的溶解为主（图3d、i），见少量的石英及碳酸盐胶结物溶解。油源对比表明，廊固凹陷沙四段储层油气主要来源于沙四段本身的烃源岩［16－17］，沙四段烃源岩埋藏演化过程中释放的有机酸是沙四段储层溶解作用发生的主要原因。与碳酸盐相比，有机酸与硅铝酸盐反应的热驱动性能更强，有机酸阴离子易与Al3＋离子形成络合离子的性能能够促进长石在有机酸中的溶解［18］，并且长石与有机酸反应的吉布斯自由能较低［19－20］。因此，沙四上亚段储层中长石溶解作用强于碳酸盐胶结物溶解作用。石英颗粒及其加大边的溶解是储层成岩环境变为碱性时的成岩产物。

2.2.4 交代作用

自生矿物之间的交代作用通常作为判断成岩作用发生先后顺序的主要依据。沙四上亚段储层交代作用十分发育，既有自生矿物对颗粒组分的交代，也有自生矿物之间的交代。主要可见碳酸盐矿物、硬石膏等对长石颗粒、石英颗粒及石英加大边的交代（图3e），碳酸盐之间的交代以及黄铁矿对岩石颗粒及早期胶结物的交代（图3f）等。

2.3 储层储集特征

根据岩石铸体薄片观察，河西务构造带沙四上亚段储层储集空间以原生孔隙与次生溶解孔隙共存为特征，裂缝不发育。其中：原生孔隙的质量分数远大于次生孔隙，平均可达85%以上；次生孔隙主要为长石、岩屑等颗粒的粒内溶解孔隙及粒间溶扩孔隙（图3d、g、h、i）。

图1 廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段构造位置（a）及沉积相分布（b）Fig.1 Tectonic location（a）and sedimentary facies（b）of in Hexiwu structural zone，Langgu depression

图2 河西务构造带沙四上亚段储层岩性三角图Fig.2 Rock type diagram ofin Hexiwu structural zone

通过实测物性统计，河西务构造带沙四上亚段储层物性整体较差，孔隙度低于15%的样品占66.9%，平均孔隙度为 13.3%；渗透率为（0.1～10）×10－3μm2的样品约占78.6%，平均渗透率为1.72×10－3μm2；属中低孔－低渗特低渗储层。同时，储层孔隙度与渗透率相关性好（图5），其可作为储层中原生孔隙含量高的证据之一［11］。

3 有效储层物性控制因素

3.1 有效储层物性下限计算

有效储层是指能够储集和渗流流体（烃类或地层水），在现有工艺技术条件下能够采出具有工业价值产液量（烃类或烃类与水的混合）的储集层。有效储层不同于有效油层，有效储层中采出的流体既可以是烃类、也可以是水，因此有效储层包含有效油层［9］。有效储层物性下限是指储集层能够成为有效储层应具有的最低物性，通常用孔隙度、渗透率的某个确定值来度量［21］。因此，以有效储层物性下限为界可以将某一层段的储层分为有效储层（实测物性大于物性下限）与无效储层（实测物性小于物性下限），并通过两者的对比研究，能够确定有效储层形成的控制因素。

有效储层物性下限确定是有效储层评价研究中的一个难点问题，是直接关系到勘探、开发决策的重要问题，前人在求取有效储层物性下限方面已总结了测试法、试油法、经验统计法、含油产状法、最小有效孔喉半径法、分布函数曲线法、束缚水饱和度法等较成熟的方法［9］。笔者根据研究区现有资料，综合运用分布函数曲线法、测试法、试油法及束缚水饱和度法，求取了河西务构造带沙四上亚段不同深度段的有效储层物性下限［22］（表1）。

表1 有效储层物性下限计算表Table 1 Statistical table of the petrophysical parameter cutoff calculation

图3 储层成岩作用与储集空间特征Fig.3 Characteristics of diagenetic and reservoir space

图4 典型井主要胶结物类型及平均质量分数分布图Fig.4 Distribution diagram of cement types and average content about typical wells

图5 孔隙度－渗透率相关关系Fig.5 Correlation between porosity and permeability

对上述计算和分析得到的不同埋深下的有效储层物性下限结果进行比较发现，在相同或相近的埋藏深度范围内，采用分布函数曲线法、测试法、试油法及束缚水饱和度法计算的物性下限基本一致；说明所采用的计算方法可行，计算结果可靠。但是，由于受到计算方法、基础资料等限制，采取不同方法仅能获得有限埋深范围的物性下限，且不同方法计算的相近或相同埋深下有效储层的物性下限值还是存在一定的误差。因此，为了消除单一方法中因原始数据误差、基础数据数量、计算方法等引起的误差，以及获得任意埋藏深度下有效储层物性下限值，可以将不同方法求取的不同深度段的有效储层物性下限与埋藏深度进行定量拟合，获得沙四上亚段有效储层孔隙度下限、渗透率下限与深度的关系方程：

其中：Φcutoff为孔隙度下限，%；Kcutoff为渗透率下限，10－3μm2；H为埋藏深度，m。

为了检验物性下限计算公式的准确性，利用廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段29口井30个小层试油成果数据进行了检验，检验正确率为83.3%。因此，认为通过上述有效储层物性下限与深度的关系式计算求得的有效储层物性下限是可靠的。

3.2 有效储层物性控制因素

根据研究区现有资料，选取孔隙度参数对比分析有效储层物性控制因素。在有效储层物性下限计算的基础上，首先以有效储层物性下限与最大孔隙度包络线为界，在横向上将孔隙度－深度剖面划分成不同的孔隙度区间，即横向分带；然后根据储层孔隙度的垂向分布特征，在纵向上将孔隙度－深度剖面划分成不同的深度区间，即纵向分段（图6）；最后在横向分带、纵向分段的基础上，分别对同一孔隙度发育带内、不同储层段间以及同一储层段内、不同孔隙度发育带间，影响储层物性的胶结物含量、岩性、分选系数、沉积微相及地层压力因素等进行系统的统计分析，并通过对比寻找有效储层物性控制因素（图6）。

根据统计结果，不同区域内储层岩性及平均粒径差别不大。无效储层A、A1、A2区域内储层胶结物质量分数高，平均分别为16.42%、17.04%、15.4%；储层沉积微相中席状砂、分流间湾及分支河道含量相当，分选系数均大于2.0，地层压力以常压、弱超压及中超压为主，其中常压与弱超压约占50%以上，基本不发育强超压。有效储层B、B1、B2区域内储层胶结物质量分数低，平均分别为9.70%、10.27%、7.01%；储层沉积微相主要以分支河道为主，质量分数高达80.00%以上，分选系数均小于1.8，地层压力以中超压与强超压为主，质量分数高达80.00%以上（图6）。A与B、A1与B1及A2与B2对比表明，横向上，相同储层发育段内不同孔隙度发育带间，储层胶结物含量、分选系数、沉积微相及地层压力存在明显的差异；而A与A1、A2及B与B1、B2对比表明，纵向上，相同孔隙度发育带内不同储层发育段间，胶结物含量、分选系数、沉积微相及地层压力差异性不明显，储层物性控制因素具有继承性发育的特征，压实作用是导致相同孔隙度发育带内不同储层发育段间储层物性差异的主要原因。因此，储层胶结物含量、分选系数、沉积微相及地层压力是廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段有效储层形成的主要控制因素。

4 有效储层成因机制

在廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段有效储层物性控制因素研究的基础上，分别对各控制因素的控制机理进行详细探讨，总结有效储层形成机制，建立有效储层成因模式。

图6 物性控制因素对比Fig.6 The reservoir physical property controlling factors contrast

4.1 沉积作用

河西务构造带沙四上亚段辫状河三角洲不同沉积微相储层物性统计表明，辫状河三角洲前缘分支河道储层物性最好（表2），是有效储层发育的有利沉积相带（图6）。

首先，沙四上亚段辫状河三角洲前缘分支河道沉积砂体平均分选系数为1.742，杂基平均质量分数为4.54%，这类沉积微相中的砂体均具有杂基含量少、沉积物分选好的特点。杂基含量对储层物性具有重要的影响：一方面，杂基含量越高，对储层孔隙与喉道的充填作用越强；另一方面，杂基含量高，导致岩石抗压实能力减弱，在埋藏过程中压实作用较强。因此，杂基含量与储层物性之间呈现负相关关系。沉积物分选同样对储层物性具有两方面的影响：一方面，沉积物分选直接决定了储层原始物性的好坏，Beard和Weyl研究［15］认为，分选系数与原始孔隙度之间存在一定的函数关系，即Φ原始＝22.9/So＋20.91，沉积物分选越差，储层原始孔隙度越小；另一方面，沉积物的分选对埋藏压实作用过程具有重要影响，操应长等［14］通过模拟实验研究认为，分选系数与砂岩压实减孔率之间呈现正相关关系，分选较差的砂岩在埋藏早期快速压实作用过程中，较细的颗粒容易充填在较粗颗粒堆积形成的孔隙空间中，从而使孔隙度和渗透率降低，并且分选越差，压实过程由颗粒重新排列产生的减孔效应越明显。其次，辫状河三角洲前缘分支河道储层颗粒组分中刚性颗粒质量分数达80.00%以上，岩性主要为细砂岩、中粗砂岩及少量的含砾砂岩，粒度较细的粉砂岩含量较低。刚性颗粒含量高，粒径较粗的砂岩具有较强的抗压能力，在沉积物埋藏压实作用过程中，能够承受较大的压力，分担一部分挤压孔隙空间的力，从而使埋藏过程中的减孔量变小，保存较好的储层物性。

表2 沙四上亚段不同沉积微相储层物性统计表Table 2 Statistical table of the physical properties in different microfacies of Ess4

石英颗粒含量高，碳酸盐岩岩屑含量低是有效储层形成的有利物源条件。廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段沉积物整体来自坳陷东部的沧县隆起，但南部区块和北部区块在物质成分上有一定的差别，北部区块沉积物中碳酸盐岩岩屑含量明显高于南部区块，而南部区块沉积物中石英颗粒的含量高于北部区块（图7）。不同的颗粒组分可以为后期不同成岩作用的发生提供物质基础。研究表明：当碳酸盐岩屑质量分数小于5%时，碳酸盐岩屑质量分数与碳酸盐胶结物质量分数间无明显的相关性；当碳酸盐岩屑质量分数大于等于5%时，碳酸盐岩屑的质量分数与碳酸盐胶结物的质量分数之间呈良好的正相关关系（图8）。这主要是因为在埋藏过程中，随着碳酸盐岩屑质量分数的增高，其发生压溶作用及其水岩反应的概率大大增加，为碳酸盐胶结物的形成提供物质来源，导致储层碳酸盐胶结作用强烈，物性较差，北部区块平均孔隙度为9.64%，平均渗透率为3.04×10－3μm2。同样，石英颗粒的质量分数与石英加大边的质量分数之间存在良好的正相关关系（图8）；在埋藏过程中，石英颗粒的压溶作用可为该区石英次生加大边的大量发育提供主要硅质来源，从而使储层中石英次生加大普遍发育，碳酸盐胶结作用较弱，储层物性较好，南部区块平均孔隙度为11.42%，平均渗透率为5.83×10－3μm2。

因此，辫状河三角洲前缘分支河道沉积环境中杂基质量分数少，分选好，碳酸盐岩屑质量分数低的细砂岩、中粗砂岩及含砾砂岩为沙四上亚段有效储层的形成提供了有利的物质基础。

4.2 地层超压

研究表明，廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段地层以中超压为主，局部发育强超压［22］。储层物性与地层压力之间存在良好的正相关性（图6），常压与弱超压储层平均孔隙度为11.18%，中超压储层平均孔隙度为12.85%，强超压储层平均孔隙度为14.32%。试油结果显示，地层压力越高，油层相对含量越高（图9）。

首先，廊固凹陷沙四段地层压力形成时间早。一方面，沙四段沉积时期，沉积物沉积速率高达0.63 mm/a，快速的沉积作用必然导致孔隙流体排出受阻，形成异常高压［23］；另一方面，廊固凹陷埋藏深度达到2.0～2.8km的深度段，有机质生烃量最高，增加孔隙流体体积，引起异常高压的增加［23］。沙四段烃源岩埋藏演化史分析表明，由于早期强烈沉降，沙四段地层在距今大约35Ma时，已开始受有机质生烃增加作用的影响，地层压力进一步升高。

图7 储层碳酸盐岩屑质量分数与石英颗粒质量分数分布直方图Fig.7 Distribution histogram of content of carbonate debris and quartz grains

图8 储层颗粒质量分数与胶结物质量分数关系图Fig.8 Relationship diagram of reservoir grains content and cement content

图9 不同压力结构储层试油结果Fig.9 Oil test results under different pressure structure

其次，廊固凹陷地层压力保存条件有利。廊固凹陷孔店—沙三期强烈沉降，地层沉积厚度巨大，最厚可达6.0km以上，其中泥岩厚度约占3/4以上，并且在廊东地区钻遇单层厚度达800m的巨厚层泥岩，这种单层厚度巨大，泥质含量较高的地层对地层异常高压的保存非常有利［23－24］。

因此，早期形成的异常高压，在经历有机质生烃作用过程后进一步升高，并且在有利的条件下得到有效保存，从而减缓压实作用，保护储层原生孔隙，对廊固凹陷沙四上亚段有效储层的形成起至关重要的作用。

4.3 油气充注

根据试油资料与储层实测物性统计结果，廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段油层与油水同层的储层孔隙度明显高于含油水层，高于水层＋干层（图10），油气充注有利于有效储层的形成和发育。早期油气充填储层孔隙空间，一方面能够承受部分上覆岩层压力，减缓储层压实作用，保存原生孔隙；另一方面，油气的充注能够抑制后期胶结作用的进行，使压实残余原生孔及早期溶孔得到有效保存。

图10 河西务构造带沙四上亚段不同含油级别储层孔隙度分布Fig.10 Reservoir porosity distribution in different oil level ofin Hexiwu structural zone

廊固凹陷沙四段储层发生了两期油气充注：第一期发生于距今34～12Ma，以石油聚集为主；第二期发生于距今12～0Ma，以凝析气聚集为主［16－17］。根据储层成岩演化史及埋藏史分析［22］可知，距今约28.2～18.8Ma，随着埋深增加，沙四段地层温度大于120℃，有机酸阴离子热脱羧，有机酸浓度降低，膏盐开始大量脱出富含 Ca2＋、K＋、Na＋、Sr2＋、Al3＋等金属阳离子的碱性水，同时泥岩中蒙皂石向伊利石转化及伊利石向绿泥石转化过程中产生的Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋等碱金属离子进入孔隙水［25］，地层水开始向碱性转变，发生晚期碳酸盐胶结作用，可见白云石、铁方解石及铁白云石胶结物。因此，廊固凹陷沙四段储层发生油气充注时间早，并且早期石油聚集开始时间早于晚期碳酸盐胶结作用开始时间。根据铸体薄片观察，发生早期石油充注的孔隙空间，后期未被铁白云石等胶结物胶结，而未发生早期石油充注的孔隙，后期被铁白云石等胶结物强烈胶结（图3g）。因此，早期油气充注是储层中碳酸盐胶结物含量少的主要原因，有效保护了储层孔隙空间，对有效储层的形成起了重要作用。

4.4 成岩作用

4.4.1 胶结物类型

储层物性控制因素研究表明，碳酸盐胶结物的含量是决定储层物性好坏的主要因素之一。根据镜下观察及统计：河西务构造带北部区块碳酸盐胶结物以孔隙式胶结为主，平均质量分数高达10.68%，储层平均孔隙度为9.64%，平均渗透率为3.04×10－3μm2；而南部区块碳酸盐胶结物质量分数较低，石英次生加大普遍发育，平均为3.89%，储层平均孔隙度为11.42%，平均渗透率为5.83×10－3μm2。进一步研究表明，沙四上亚段储层碳酸盐胶结物含量与储层孔隙度之间存在负相关关系，而硅质胶结物的含量与储层孔隙度之间存在良好的正相关关系（图11）。这是因为颗粒边缘形成的早期石英次生加大能够很好地增强岩石的抗压能力，抑制压实作用，保留一定量的原生孔隙［26］；而孔隙中间大量胶结物的充填则会严重破坏原生孔隙，使储层物性急剧变差。因此，颗粒边缘早期石英次生加大的出现在一定程度上有利于有效储层的发育。

4.4.2 溶解作用

廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段储层溶蚀作用主要发生在长石颗粒中，但沙四段烃源岩有机质丰度低，有机碳质量分数小于0.4%，干酪根为腐殖型［16］，不利于有机酸的大量生成，难以产生较大规模的酸性流体，导致沙四上亚段储层溶蚀作用较弱，溶蚀增孔量为0.7%～1.2%。因此，溶蚀作用对沙四上亚段储层物性的改善作用较弱，对有效储层的形成仅起辅助作用。

5 有效储层成因模式

成岩作用是一定成岩环境下的产物，成岩环境演化控制了成岩作用序列，从而影响储层的形成和发育过程。在储层成岩作用研究的基础上，结合廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段埋藏演化史及流体包裹体的分析［22］表明，储层经历了早期碱性成岩环境→酸性成岩环境→碱性成岩环境→弱酸性成岩环境→弱碱性成岩环境的演化过程。

原生沉积水是指沉积物沉积时期包含在沉积物颗粒之间的地层流体，其性质直接影响着碎屑岩孔隙水介质的演化特征和成岩作用的进行，是早期成岩环境的主要控制因素［27－28］。廊固凹陷沙四段沉积时期（距今50.4Ma）湖盆受渤海湾盆地整体气候的影响，呈干旱的气候环境，部分地区还发育膏盐沉积，沉积水体呈碱性，部分砂体边缘被方解石以基底式强烈胶结，储层储集空间大量消耗。同时，该时期湖盆强烈沉降，快速沉积作用导致流体排出受阻，产生异常高压，减缓压实作用速率（图12）。距今40.3 Ma之前，随着储层埋深增加，地层温压升高，有机酸开始成熟，地层水碱性变弱，开始向弱酸性转变。同时，未被早期碳酸盐强烈胶结的储层，受超压的抑制，压实作用变慢。但是，随着埋深的增加，颗粒接触程度仍会逐渐增高，当接触点所承受的压力超过正常孔隙流体压力时（达到2.0～2.5倍），颗粒接触点的溶解度就会增高，发生压溶作用，从而为早期石英次生加大的发育提供了物质来源，此时石英次生加大边的形成会充填部分原生孔隙，加速储层物性的降低（图12）。

图11 沙四上亚段不同类型胶结物质量分数与孔隙度关系Fig.11 Relationship between different types of cement content and porosity of Ess4

图12 廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段有效储层成因模式Fig.12 Genetic model of the effective reservoir ofin Hexiwu structural zone，Langgu Depression

廊固凹陷沙四段储层油气主要来源于沙四段本身的烃源岩［16］，沙四段烃源岩埋藏演化过程中释放的有机酸对沙四段储层成岩作用具有明显的影响。通过廊固凹陷沙四段烃源岩埋藏演化史分析表明，在距今40.3～28.2Ma，沙四上段地层温度达到75～120℃，进入有机酸大量生成并保存的最佳温度范围［19］，有机酸浓度增加，地层变为酸性，长石、岩屑等颗粒发生少量溶蚀，但对储层物性改善作用不明显，溶蚀产物形成高岭石与少量第二期石英次生加大。有机质生烃作用，增加孔隙流体体积，导致地层压力进一步升高。但是，超压抑制作用只能减缓压实作用，而不能使其停止，颗粒接触程度会进一步增高，以线接触为主，颗粒开始强烈受压，此时颗粒边缘的早期石英次生加大边增加了岩石的抗压能力，保护部分原生孔隙（图11、12）。同时，第一期油气充注开始，压实残余原生孔隙中发生石油聚集。

随着埋深进一步增加，距今约28.2～18.8Ma，沙四段地层温度大于120℃，超过了有机酸稳定保存的温度范围，羧酸阴离子热脱羧，有机酸浓度降低，并且膏盐开始大量脱出富含Ca2＋，K＋，Na＋，Sr2＋，Al3＋等金属阳离子的碱性水，同时泥岩中蒙皂石向伊利石转化及伊利石向绿泥石转化过程中产生的 Fe2＋、Mg2＋、Ca2＋等碱金属离子进入孔隙水［25］，地层水开始向碱性转变，发生白云石、铁方解石及铁白云石等晚期胶结物沉淀。此时，受颗粒组分的影响，北部区块未发生早期油气充注的储层，晚期碳酸盐呈孔隙式胶结，储层物性变差；而南部区块未发生早期油气充注的储层碳酸胶结作用较弱，储层物性较好。两区块内发生早期油气充注的储层，由于胶结作用受到抑制，物性均明显好于对应的未发生油气充注的储层（图12），形成有效储层。

距今约18.8～5.0Ma，河西务构造带由于华北运动而抬升［13］，使得地层温度降低，沙四上亚段地层温度再次进入75～120℃范围，膏岩停止脱水，烃源岩重新进入有机酸生成和保存的最佳温度范围，地层水开始向弱酸性转变，发生少量酸性不稳定矿物的溶解，形成少量的溶解孔隙（图12），微弱改善储层物性。

距今约5.0～0Ma，河西务构造带再次沉降，沙四段地层持续埋藏，地层温度再次超过120℃，有机酸浓度降低，地层水向弱碱性转变，此时成岩环境封闭还原［29］，流体活动性很弱，由于碱金属阳离子在前一期碱性环境中的大量沉淀消耗，碳酸盐胶结作用基本不发育，可见少量的晚期黄铁矿胶结物出现，并交代铁碳酸盐矿物（图12）。

6 结论

1）廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段储层以岩屑质长石砂岩为主，含少量长石质岩屑砂岩，成分成熟度中等，结构成熟度高；储层经历了酸碱交替的多重成岩环境演化，压实作用较强，胶结物类型多样，南部区块以较强的碳酸盐胶结作用为主，北部区块石英加大边及硬石膏胶结物普遍发育，储层溶解作用弱，主要发生在长石及部分岩屑颗粒中；储层储集空间以原生孔隙为主，含少量的粒内溶孔及粒间溶扩孔隙，孔渗相关性好。

2）在储层物性下限研究的基础上，采用横向分带、纵向分段的方法进行对比研究，表明储层胶结物含量、分选系数、沉积微相及地层压力是廊固凹陷河西务构造带沙四上亚段有效储层形成的主要控制因素。

3）辫状河三角洲前缘分支河道沉积环境中杂基含量少、分选好、碳酸盐岩屑含量低的细砂岩、中粗砂岩及含砾砂岩是沙四上亚段有效储层形成的有利物质基础。早期地层超压，抑制压实作用，保护原生孔隙；早期油气充注，抑制胶结作用与压实作用，保护孔隙空间；二者共同作用，是有效储层形成的主要原因。溶解作用少量增孔，颗粒边缘形成的早期石英加大抑制压实，对有效储层的形成起辅助作用。

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